小直径管单面焊双面成形技术

五、小直径管单面焊双面成形技术

小直径管子外径一般在22～47mm之间，管壁厚度在3～9mm。焊接位置有管轴垂直固定、水平固定、45°固定及管子转动平焊等。材质有碳钢、低合金强度钢、铬钼耐热钢等。在锅炉压力容器中，大部分需承受一定的压力及温度。

1．焊件坡口和装配

一般均开V形坡口，坡口角度为65°～70°，钝边1～1.5mm，间隙2～2.5mm，如图4－68所示。装配定位前应仔细清理坡口及边缘的油、锈等污物。

图4－68　小直径管对接装配尺寸

2．定位焊

(1)在坡口内定位焊。

坡口内定位焊一般只需焊一处，其焊缝将成为正式焊缝的组成部分，为此要求焊透并无缺陷。其长度为20～30mm。在正式焊接前，应用角磨机将定位焊缝两头修成斜坡形，以利于焊接时接头良好。通常，水平固定管或45°固定管在12点处定位焊，如图4－69所示;垂直固定管或转动管的定位焊位置可任意，一般在定位焊对面半圆周处起弧焊接。

图4－69　坡口内定位焊位置

(2)利用焊条头进行定位焊。

在焊件坡口内放一段直径5mm、长度10mm的焊条头，并将焊条头与坡口进行定位焊，如图4－70所示。水平固定和45°固定管的定位焊在时钟2点和10点处，在6点处起弧焊接;垂直固定管和转动管在1/3周长处定位焊两处，并在另一1/3处起弧焊接。

图4－70　利用焊条头进行定位焊的方法和位置

定位焊缝应不保留在焊道中，焊至接头处应用角磨机将接头定位焊缝磨除，以减少接头，避免因此而出现的缺陷。

(3)利用装配夹具定位。

将管子放入夹具内，先对齐坡口，定好间隙，然后夹紧。先焊半圈，后焊另外半圈。

3．焊接规范参数

小直径水平固定管对接焊接规范参数选择见表4－9。

表4－9　小直径水平固定管对接焊接规范参数

4．水平固定管焊接技术

水平固定管的焊接，是空间全位置焊接。为方便叙述施焊顺序，将水平固定管的横断面看做钟表盘，划分成3、6、9、12等时钟位置。通常定位焊缝在时钟的2点、10点位置，定位焊缝长度为10～15mm，厚度2～3mm。焊接开始时，在时钟的6点钟位置起弧，把环焊缝分为两个半圈，即时钟6－3－12点位置和6－9－12点位置。按照仰—立—平的焊接顺序焊接，每层都应先焊好一个半圈，再焊另外半圈，如图4－71所示。

图4－71　水平固定管的焊接顺序

焊缝的空间位置是沿圆周连续不断地变化的，因而在焊接过程中，焊工必须相应地变化焊条角度，如图4－72所示。

图4－72　水平固定管焊条角度的变化

(1)打底层焊接技术。

①引弧。前半圈的焊接应从仰焊6点的部位提前约5mm处开始，参见图4－72。如提前太多，则易使仰焊部位产生塌陷。在A点从坡口侧面引弧，用长弧预热，待坡口两侧熔化后即压低电弧，向上击穿钝边形成熔池，发现小孔就应立即熄灭电弧。依此采用断弧法逐点进行焊接。

②前半圈的焊接。焊接时，保持坡口钝边熔化缺口尺寸不大于0.5mm，并始终将焊条端部靠在间隙中间做向上直线运条，即一点稳弧法，特别在AB段的仰焊区域。当在BC段焊接时，由于接近立焊位置，运条时可适当做一些横向小摆动，以避免根部铁水漏进太多。

第一根焊条从A点焊至C点收弧，因为在9点的位置容易接头。收弧时为避免产生缩孔，应将电弧返回5mm再熄弧。

上半部CD段的焊接时，是以斜平焊为主，故运条时焊条不应保持在间隙中间，而是移向坡口侧，以避免因热量集中在中间会造成焊穿或使铁水漏进根部太多。

在焊至定位焊接头3～5mm处而将要封闭接头时，绝不可灭弧，此时应压低电弧，把焊条移向间隙中间做连弧直线运条，以使这一区域保持良好的焊透。

③接头。接头时应在C点下方10mm处开始引弧，连弧直线运条至熄弧交界处，压低电弧，击穿钝边，待熔化的铁水与收弧弧坑处全部熔融后再立即熄弧，用断弧法继续向上施焊。

如果定位焊是采用焊条头定位，在第一根焊条焊至C点收弧后，应先将这半圈定位的焊条头除去再焊接。前半圈焊好后，为了防止在两个半圈焊缝的接头处产生焊接缺陷，通常把前半圈焊缝的起头和收尾修成一个斜坡，以便后半圈接头处焊道形成平缓的焊接接头。如果是采用装配夹具定位的焊接，则必须在前半圈焊完后，才能拆除夹具。

④后半圈焊接。后半圈的焊缝焊接，从6点引燃电弧，以连弧法焊至4点，立即压低电弧，击穿钝边，形成熔孔，并与前半圈起弧处接头良好地熔合后，采用断弧法按照前半圈方法焊接。第一根焊条也是在相应的3点处熄弧。焊至上部接头处E点前5mm处采用连弧法焊至前半圈收弧处，然后继续焊至12点或11点处，再倒回5mm熄弧。

小直径水平固定管对接焊，实际上经历了三种位置(仰、立、平)的焊接，为得到背面均匀的焊道，在仰焊区焊接时，应保持较强的电弧穿透力，以保证管子内壁焊缝不出现塌陷，而且焊接时，应控制熔滴不宜过多，以免熔池金属下坠，当焊至斜平焊、平焊区段时，热量不宜集中在间隙中间，应适当移向坡口侧，以防止背面凸出过多。特别是平焊区域很容易出现焊瘤。

(2)盖面层焊接技术。

仔细清理打底层焊缝与坡口两侧母材夹角处的熔渣及焊点叠加处的熔渣。

在时钟5－6点位置，即仰焊位置引弧后，长弧预热仰焊部位，将熔化的第一、第二滴熔滴甩掉，因为此时的熔滴温度低，流动性不好。然后以短弧的方式向上送熔滴，采用月牙形运条或横向锯齿形运条法施焊。焊接过程中始终保持短弧，焊条摆至两侧时要稍作停顿，将坡口两侧边缘熔化1～2mm，使焊缝金属与母材圆滑过渡，防止产生咬边缺陷。

焊接过程中，熔池始终保持椭圆形状且大小一致，熔池明亮清晰。前半圈收弧时，要对弧坑稍填些熔化金属，使弧坑呈斜坡状，为后半圈焊缝收尾创造条件。焊接后半圈之前，应把前半圈起头部位焊缝焊渣敲掉10～15mm，焊缝收尾时注意填满弧坑。

用碱性焊条焊接盖面层时，始终用短弧预热、焊接，引弧方法采用划擦法。

5．垂直固定管焊接技术

(1)打底层焊接技术。

引弧位置在坡口的上侧，电弧引燃后，对起弧点处坡口上侧钝边进行预热，上侧钝边熔化后，再把电弧引至钝边的间隙处，使熔化金属充满根部间隙。这时，焊条向坡口根部间隙处下压，同时焊条与下管壁夹角适当增大，当听到电弧击穿根部间隙发出“噗噗”的声音后，钝边每侧熔化0.5～1mm并形成第一个熔孔时，引弧工作完成。

焊条与下管壁夹角为70°～80°，焊条与焊接方向的切线夹角为75°～85°，如图4－73所示。

图4－73　小直径管对接垂直固定单面焊双面成形焊条角度

连弧焊的焊接方向从左到右，采用斜椭圆形运条，始终保持短弧焊接。焊接过程中，为防止熔池金属产生流淌，形成泪滴形下坠，电弧在上坡口侧停留的时间应略长些，同时要有1/3电弧通过坡口间隙在管内燃烧。电弧在下坡口侧只是稍加停留，有2/3的电弧通过坡口间隙在管内燃烧。

打底焊道应在坡口正中偏下，焊缝上部不要有尖角，下部不允许有熔合不良等缺陷。

断弧焊单面焊双面成形有三种焊接手法，即一点焊法，二点焊法，三点焊法。当管壁厚度为2.5～3.5mm，根部间隙小于2.5mm时，由于管壁较薄，焊接多采用一点焊法;根部间隙大于2.5mm时，采用二点焊法;根部间隙大于4mm时，采用三点焊法。

焊接方向是从左向右焊，逐点将熔化金属送到坡口根部，然后迅速向侧后方灭弧，灭弧动作要干净利落，不拉长电弧，防止产生咬边缺陷。灭弧与重新引弧的时间间隔要短。电弧燃烧和熄灭的频率以70～80次/min为宜。灭弧后，重新引弧的位置要准确，新焊点应与前一个焊点搭接2/3左右。

焊接时，注意保持焊缝熔池形状与大小基本一致。熔池中的液态金属与熔渣要分离并保持熔池清晰明亮，焊接速度保持均匀。

(2)焊缝接头。

在焊接过程中，运条到定位焊缝根部时，焊条要向根部间隙位置顶送一下，当听到“噗噗”声音后，将焊条快速运条到定位焊缝的另一端根部预热，当端部定位焊缝有“出汗”现象时，焊条要在坡口根部间隙处向下压，听到“噗噗”声音后，稍作停顿，用断弧焊手法继续施焊。

更换焊条时的接头方法有热接法和冷接法，打底层焊缝更换焊条时多用热接法，这样可以避免背面焊缝出现冷缩孔和未焊透、未熔合等缺陷。

热接法是在焊缝收弧处熔池尚保持红热状态时，迅速更换完焊条并在收弧斜坡前10～15mm处引弧，然后将电弧拉到斜坡上运条预热，在斜坡终端最低点处压低电弧，击穿坡口根部后稍停一下，使钝边每侧熔化0.5～1mm并形成熔孔，然后可以恢复原来的操作手法继续焊接。热接法换焊条时，动作越快越好。

冷接法是焊接熔池已经冷却凝固，焊接引弧前，在收弧处用角向砂轮或锉刀、锯条等修磨出斜坡，然后在斜坡前10～15mm处引弧并运条预热斜坡，在斜坡终端最低点处有“出汗”现象时，压低电弧击穿坡口根部，同时稍作停顿，使钝边每侧熔化0.5～1mm并形成熔孔，这时可恢复原来的操作手法继续施焊。

(3)盖面层焊接技术。

仔细清理打底层焊缝与管子坡口两侧母材夹角处及焊点叠加处的熔渣。

采用直线形运条，不做横向摆动，从左向右，根据管壁厚度确定盖面层焊道数，一道道地从最下层焊缝开始焊接，直至最上层盖面层焊缝焊完并熔进上侧坡口边缘1～2mm为止。

每道焊缝与前一道焊缝搭接1/3左右，盖面层应有2～3道焊缝。

盖面层为两道焊缝时，焊条与管壁夹角在两条焊道中不一样。第一条焊道，焊条与下管壁夹角为75°～80°;第二条焊道，焊条与下管壁夹角为80°～90°。如图4－74(a)所示。

盖面层为三道焊缝时，各道焊缝的焊条与管壁夹角各不相同。第一条焊道，焊条与下管壁夹角为75°～80°;第二条焊道，焊条与下管壁夹角为95°～100°;第三条焊道，焊条与下管壁夹角为80°～90°，如图4－74(b)所示。

图4－74　盖面层焊条角度

所有盖面层焊道，焊条与焊点处管切线焊接方向夹角均为80°～85°。

盖面层为三道焊缝时，每道焊缝应与前一道焊缝搭接1/2左右，与管件下坡口相接的第一道焊缝应熔化坡口边缘1～2mm为宜。第二道焊缝要比第1道焊缝稍慢些，使焊缝中部熔池凝固后形成凸起。第三道焊缝焊接速度应比第2道焊缝稍快，便于形成与上坡口边缘相接的圆滑过渡焊缝，并熔入上坡口边缘1～2mm。